Stufenlinse

(1) Querschnitt einer Fresnel-Linse
(2) Querschnitt einer normalen Linse mit gleichem Durchmesser und gleicher Brennweite

Eine Fresnel-Linse [fʀɛˈnɛl-] oder genauer eine Fresnelsche Stufenlinse ist eine optische Linse, die um 1822 von Augustin Jean Fresnel erfunden und ursprünglich für Leuchttürme gebraucht wurde. Durch das angewendete Bauprinzip werden generell Gewicht und Volumen großer Linsen kleiner, was sich besonders bei Linsen mit kurzer Brennweite auswirkt, die in normaler Form sehr dick und schwer sind. ^[1]

Aufbau

Die Verringerung des Volumens geschieht bei der Fresnel-Linse durch eine Aufteilung in ringförmige Bereiche. In jedem dieser Bereiche wird die Dicke verringert, sodass die Linse eine Reihe ringförmiger Stufen erhält. Da Licht nur beim Passieren der Linsen-Oberflächen gebrochen wird, ist der Brechungswinkel nicht von der Dicke, sondern nur vom Winkel zwischen den beiden Oberflächen abhängig. Die Linse behält ihre Brennweite bei, aber die Abbildungsqualität wird durch die Stufenstruktur verschlechtert.

Man unterscheidet im Wesentlichen zwei Bauformen von Fresnel-Linsen: Scheinwerferlinsen und Gürtellinsen. Scheinwerferlinsen sind rotationssymmetrisch zur optischen Achse. Sie bündeln das Licht in eine Richtung. Eine Gürtellinse ist ein Hohlzylinder, in dessen Mittelpunkt sich die Lichtquelle befindet, deren Licht in eine Ebene senkrecht zur Zylinderachse gebündelt wird.

Anwendung

Fresnel-Linsen werden dort eingesetzt, wo das Gewicht der Linsen ausschlaggebend und die Abbildungsqualität zweitrangig ist.

Gürtellinsen kommen bei Schiffslaternen und Leuchtfeuern vor. Bei Leuchtfeuern umspannen sie oftmals nicht einen vollen Kreis, sondern lassen den Bereich über dem Festland frei und bestehen wegen ihrer Größe vielfach nicht aus einem Stück.

Scheinwerferlinsen kommen bei Leuchtfeuern ebenfalls häufig vor. Bei Richtfeuern wird nur eine Linse verwendet. Bei Drehfeuern ist die Linse meistens aus mehreren schmalen Scheinwerferlinsen-Feldern zusammengesetzt. Scheinwerferlinsen werden auch in Frontscheinwerfern von Automobilen verwendet. Hinter einem Rückprojektionsbildschirm befindet sich eine Fresnel-Scheinwerferlinse. Außerdem wird diese Linse in speziellen Scheinwerfern für Veranstaltungs- und Theatertechnik verwendet. Billige Scheinwerfwerlinsen sind aus Kunststoff gepresst und finden in Tageslichtprojektoren, bei Passiv-Infrarotsensoren, bei einfachen Handlupen, bei Automobil-Rücklichtern und als Weitwinkellinsen in Automobil-Heckscheiben und Ladenkassen (Kontrolle der Einkaufswagen) Verwendung.

Neue Anwendungen ergeben sich in der Solartechnik, da mit Linsen höhere Wirkungsgrade bei Solarstrommodulen erreicht werden können.^[2] Bei Sonnenwärmekraftwerken kommen Fresnel-Spiegel-Kollektoren zur Anwendung.

Anmerkung: Die Fresnel-Zonenplatte hat technisch nichts mit der Fresnel-Linse zu tun, obwohl sie auch als Linse wirkt.

Alte Fresnel-Optik mit Bogenlampe aus dem Leuchtturm Cabo Vilán	Schiffslaterne mit einteiliger Gürtellinse	Teil-Gürtellinse aus dem Loschen-Leuchtturm Bremerhaven (Spannwinkel pro Linse ca. 45°)	Lichtquelle und Drehlinse (aus Scheinwerferlinsen-Feldern zusammengesetzt) im Leuchtturm Dornbusch auf Hiddensee
Lichtquelle und Drehlinse (aus Scheinwerferlinsen-Feldern zusammengesetzt) im Leuchtturm Amrum bei Wittdün	Abbildung des Froschs (links im Vordergrund) mit einer papierdünnen Scheinwerferlinse (rechts)	Scheinwerferlinse im Rücklicht eines Autos

Quellen und Fußnoten

1. ↑ Informationen zu Leuchtfeueroptiken. Fachstelle für Verkehrstechniken.
2. ↑ Rolf Hug (17. April 2008). Konzentrator-Photovoltaik bringt die Sonne auf den Punkt: neue deutsche Technologie für effiziente Solar-Kraftwerke. Der Solarserver. Abgerufen am 31. August 2008.